JPS59208724A - デバイス製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は゛リソグラフィプロセスを含み、エツチング中
のレジストのエツチング進行（現像）のモニターを含む
半導体デバイスのようなデバイスの製作方法に係る。

技術背景 リソグラフィプロセスはたとえば半導体デバイスのよう
なデバイスの製作に２重要な役割を果す。これらデバイ
スの製作中、リソグラフィプロセスはたとえばシリコン
ウェハのような基板又はたとえば全体又は一部分が金属
、二酸化シリコン又はポリシリコンにより被覆されたプ
ロセス中のシリコンウェハをパターン形成するのに用い
られる。典型的な場合、基板はレジストと呼ばれるエネ
ルギーに感受性をもつ材料で被覆することによりパター
ン形成される。レジストの選択された部分は、与えられ
た現像剤又はエッチャントに関連して、露出した部分の
溶解度を変化させる型のエネルギーに露出される。次に
、レジストのより可溶性の部分は、湿式化学エッチャン
ト又はたとえばプラズマエツチング、反応性イオンエツ
チングのような乾式エツチングプロセスを用いて、エツ
チング（現像）することにより、除去される。レジスト
中に規定されたパターンは２次にパターン形成されたレ
ジストを通して、基板をエツチング又は金属形成するこ
とにより、下の基板中に移される。

上で述べたパターン形成プロセスで考えるべき重要な点
は、レジストのエッチ終了点すなわちレジストの厚さ全
体がエッチされた点。

従ってレジストと下の基板間の界面に到達した時点の決
定である。たとえば、もしレジストが垂直方向（厚さを
貫く方向）及び横方向にエッチする湿式エッチャントで
エッチ（現像）されているとすると、レジストのオーバ
エツチング（レジストの厚さ方向の全体をエッチするの
に必要な時間より、長い時間エッチャントにレジストを
浸す）がしばしば起り。

レジストの横方向に過剰にエツチングされる。

そのような横方向の過剰エツチングにより。

基板中へのパターン転写中、線幅制御の損失が生じる。

一方、もしレジストがドライエッチ、たとえば反応性イ
オンエッチされるならば、オーバエツチングによりしば
しば基板のスパッタリングが生じ、スパッタされた基板
がパターン形成されたレジストの壁に堆積する。従って
、下の基板中へのパターンの転写中、やはり線幅制御の
損失が生じる。線幅制御の損失は、もしパターン形状が
数ミクロンかそれより小さい場合、特に重要である。

レジストエッチ終了点をモニターするために、いくつか
の異なる技術が用いられてきた。

これらの中には、マススペクトル技術や干渉法が含まれ
る。前者の技術において、たとえばエツチングプラズマ
のスペクトル分析は。

レジストエッチ終了点を決めるために用いられる。すな
わち、たとえば基板の典型的な反応生成物が、プラズマ
のマススペクトル分析で検出されると、レジストの基板
間の界面に到達したと仮定され、エツチングは中断され
る。この技術は有用であるが８反応生成物の分析に固有
の時間分解能、従ってエッチ終了点決定の正確さは基板
のエツチング速度および基板反応生成物の検出器への拡
散時間によって制限される。その結果、エッチ終了点の
決定は、数分に昇る誤差になりうる。（１分当り約５０
ナノメータの）典型的なプラズマエッチ速度において、
終了点決定のそのような誤差は、レジスト薄膜の厚さく
典型的な場合、わずか１−２μｍ厚）の少くとも数十ナ
ノメータに対応し、しばしば数百ナノメータになり、そ
れはレジスト厚のかなりの割合であり、従ってエッチ終
了点決定の非常に大きな誤差である。

典型的な光干渉技術において、光はエツチング中のレジ
スト上に照射され１反射された光の一部が検出され、検
出された光の強度は記録される。周知のように２反射さ
れた光の強度は（レジスト厚が減少するにつれ）時間と
ともに周期的に振動する。なぜならば、レジスト中にエ
ッチされた溝の底から反射される光線と、下のレジスト
及び基板間の界面から反射された光線が、順次強調及び
弱めあい干渉するからである。エッチ終了点は、一般に
検出された信号の勾配の急な変化又は振動周波数の急な
変化を見出すことにより、検知される。しかし、出力信
号の勾配は常に終了点で急激に変化するとは限らず、特
に基板がレジストと同様の光学特性を有れば、すなわち
もし基板の屈折率がレジストのそれとほぼ等しければ急
激に変化はしない。この場合。

エッチ終了点もまた少くとも数百オングストロームのレ
ジスト厚に等価な誤差になり、しばしば数千オングスト
ロームにもなる。

従って、リソグラフィの開発に従事してきた者は、長い
間レジストの終了点のより精密な決定技術を探してきた
が、これまで成功していない。

本発明の要約 本発明はエッチされるたとえばレジストのような犠牲と
なる被膜材料（ＳＣＭ）のエッチ終了点を従来技術より
正確に決定する技術に係る。本発明の技術に従うと、Ｓ
ＣＭには螢光物質がドープ（物理的に混合）される。

ＳＣＭのエツチング中、ｓｃＭの一領域、従ってその領
域内の螢光ドーパントは、螢光誘導エネルギーに露出さ
れ、得られる螢光は検出され、その強度は記録される。

ＳＣＭがエッチされるとともに、螢光物質も除去（エッ
チ）されるため、螢光の強度は弱くなる。

ＳＣＭがその厚さ全体がエッチされる例において（考察
している領域中の螢光が除去されてしまったため、モニ
ターされる螢光は消える）、検出された信号の勾配が急
激に変化し。

エッチ終了点を示す。本発明の技術によると。

約１０ナノメータより高い精度（等価なＳＣＭの厚さに
して）でエッチ終了点を決定することが可能で１ナノメ
ータより高い精度も可能で、可能性としては（理論的に
は）約０．ｏ１ナノメータより高い精度も期待される。

実施例の説明 本発明は半導体デバイス又は磁気１＜ブノしデバイスの
ようなデバイスの製作方法で、この方法は基板（たとえ
ば、シリコンウェノλ、全体又は一部が金属、二酸化シ
１ノコン又（まポＩＪシリコンにより被覆されたプロセ
ス中のシ１ノコンウエハ）のたとえばパターン形成のよ
うな変更を含む。基板は本発明に従し・、最初たとえば
レジストのようなドープすなわち物理的に混合された犠
牲となる被覆物質（ＳＣＭ、）を、基板の表面上に堆積
させることにより。

変えられる。基板の変更には又、堆積さ」ｔたＳＣＭを
その全て又は８ＣＭのまさに選択された部分をエッチ除
去するエッチャントでエッチする工程が含まれる。たと
えば、もし基板をパターン形成すべきならば、用いられ
るＳＣＭは典型的な場合、１ノジストである。レジスト
の選択された領域が与えられた現像剤又はエッチャント
に対し、露出された部分の溶解度を減少（ポジレジスト
）又は増加（ネガレジスト）させる型のエネルギーに最
初露出される。次に、レジストのより可溶性の部分は、
レジストをたとえば湿式化学エツチング、プラズマエツ
チング又は反応性イオンエツチングすることにより除去
される。

ＳＣＭのエツチング中、ＳＣＭの一領域（又は複数又は
全て）がその中の螢光ドーパントが螢光が発するような
型のエネルギーに露出される。物質はたとえば光、電子
ビーム又はイオンビームといった適当なエネルギーに応
答して、それが電磁放射を発するならば１本発明の目的
としては、螢光である。ドーパントの螢光をモニターす
ることにより、ＳＣＭのエッチ終了点、すなわちモニタ
ーされている螢光が本質的に消滅する時点が決定され。

従って８ＣＭ又は基板の好ましくないエツチングが避け
られる。エツチングの目的がＳＣＭ中にパターンを形成
することで、パターンが下の基板中に転写されるべきな
らば、これはたとえばパターン形成されたＳＣＭを通し
て。

基板をエツチング又は金属化することにより達成される
。

本発明の製作方法は、従来のりソグラフイパターン形成
プロセスではな（１基板の変更プロセスを含む。これら
の他のプロセスに（マ。

エイ・シー　アダムス（Ａ、　Ｃ、Ａｄａｍｓ　）及び
シー・ディー・キャピオ（Ｃ，Ｄ、　　Ｃａｐｉｏ）に
より、゛′リンドープニ酸化シリコンの平坦化”、ジャ
ーナル・オフ゛・エレクトロケミ力頁（１９８１年２月
）に述べられた平坦化エッチプロセスが含まれる。平坦
化エッチプロセスにおいて、第１図に示されるように２
表面（１２）を平坦化すべぎ（本質的に平坦すべき）基
板（１０）の非平坦表面（１２）がたとえばレジストの
厚い層のような厚いＳＣ’Ｍ（１４）により、被覆され
る。８０　Ｍ　（１４）は具体的なエッチャントが存在
する場合、基板（１０）とほぼ同じ速度でエッチされる
よ５に選択される。Ｓ’ＣＭをエッチ除去することによ
り、基板の突起部もエッチさＪｔ、従って平坦な基板表
面が形成される。本発明に従うと、平坦化エッチプロセ
スは上で述べたように進むが、異なる点は厚し・ＳＣＭ
（１４）には螢光物質がドープ（物理的に混合）さ」ｔ
ており、ドープされたＳＣＭの一部（又Ｇ′！、複数の
部分）により（螢光を導入するエネＪｌ、ギーに応答し
て）放射された螢光しま、ＳＣＭのエツチング中モニタ
ーされる。なぜならば。

すべてのＳＣＭがエッチ除去されてしまっているであろ
うからである。そ１−て、基板の好ましくない過度のエ
ツチングなしに、平坦な基板が形成される。

本発明にはい（つかの異なる材料層から成るＳＣＭの使
用も含まれる。異なる材料層の一つ又は複数のものは、
螢光物質がドープされ、その螢光は基板及び異なるＳＣ
Ｍ層の一方又は両方の好ましくないエツチングを防ぐた
め、エツチング中モニターされる。たとえば６本発明は
基板のパターン形成のために。

三層レジストプロセスを含み、それについては、ジュイ
・エム・モーラン（Ｊ　、　Ｍ　０Ｍｏｒａｎ　）及び
ディー・メイダン（１）　、　Ｍａｙｄａｎ　）により
。

゛高分解能、急峻分布、レジストパターン″ザ・ベル・
システム・テクニカル・ジャーナル（止坦県Ｓｙｓｔｅ
ｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　）　。

５８（５Ｌ　１０２７−１０３６頁（１９７９年５月−
６月）に述べられており、またフラサー（ｐｒａｓｅｒ
）らに１９８１年１月１３日に承認された米国特許第４
．２４４．７９９号にも述べられている。第２図に示さ
れているように三層レジストは基板（１６）上に直接堆
積された厚い（典型的な場合２μｍの厚さ）有機材料の
平坦化された層（１８）を含む。加えて、三層レジスト
には８１０２層（２０）上に堆積されたフォトレジスト
、Ｘ線レジスト。

又は電子ビームレジストの薄い（典型的な場合、４００
ナノメータの厚さの）高分解能層（２２）とともに、厚
い平坦化層（１８）上に堆積させた５ｉｏ２の薄い（典
型的な場合。

１００ナノメーターの厚さ）層が含まれる。

実際には、パターンは最初、上部の高分解能レジスト層
（２２）中に、この層を露出し。

現像することにより規定される。次に、たとえばＣＨＦ
３プラズ′マ中でＳ　１０２層（２０）を反応性イオン
エツチングすることにより、（高分解能レジスト層（２
２）をマスクとして用いて）Ｓｉｎ２層（２ｏ）中にパ
ターンは転写される。その後、５ｉｃ）２層（２ｏ）中
のパターンは、たとえばｏ２プラズマ中で平坦化された
層（１８）を反応性イオンエツチングすることにより、
（パターン形成された５ｉｃ２層（２０）をマスクとし
て用いて）厚い平坦化層（１日）中に転写される。

三層レジストの上部高分解能レジスト層（２２）は、し
ばしば５ｉｃ２層（２ｏ）をエッチするために用いられ
るＣＨＦ３　プラズマによりエッチされる。５ｉｏ２　
層（２ｏ）へのパターン転写中、線幅制御が失われる。

加えて。

厚い平坦化層（１８）のオーバーエツチングにより、し
ばしば基板（１６）の好ましくないエツチング又は基板
（１６）のスパッタリングが起る。基板（１６）のスパ
ッタリングにより、パターン形成された平坦化層（１６
）の壁に、スパッタされた基板材料の堆積が起り、その
結果基板（１６）中へのパターン転写中、線幅制御が失
われるうこれらの問題を避けるため１本発明に従うと、
厚い平坦化層（１８）には螢光物質がドープ（物理的に
混合）され２層（１８）の−領域（又は複数の領域）か
ら（螢光誘導エネルキーに応答して）放出された螢光は
、３層（２２，２０）及び（１８）のパターン形成中モ
ニターされる。

Ｃ１（、Ｆ３　プラズマ中でのＳｉｎ、層（２０）の反
応性イオンエツチング中、平坦化層（１８）により放射
された螢光の強度は、一定のままである。しかし、検出
されている螢光が最初本質的に減少する（平坦化層（１
８）中の螢光物質のエツチングが始ったことを示し。

５ｉｃ２層（２０）のエッチ終了点を示す）のが観察さ
れたら直ちに、５Ｌ０２層のエツチングは停止される。

従って、３ｉ０２　層（２０）のオーバーエッチ及び上
部高分解能レジスト層（２２）の好ましくない過度のエ
ツチングが避ゆられる。加えて、厚い平坦化層（１８）
のパターン形成中、モニターされている螢光が本質的に
止った（螢光物質が全てエッチ除去され、従って層（１
８）がその厚さ全体に渡ってエッチされたことを示す）
時９層（１８）のエツチングは停止される。従って、基
板（１６）の好ましくないエツチング又はスパッタリン
グは避けられる。

典型的な場合１本発明を実施する際、螢光物質をドープ
された８ｏＭの一領域（又は複数の領域又は全ての領域
）に、パワーＰの螢光誘導エネルキーのビーム、たとえ
ばパワーＰ（フォトン７秒）の螢光誘導電磁放射髪照射
する。もし、（螢光誘導ビームを照射され）螢光ドーパ
ントが入射螢光誘導放射の一部θのみを吸収し、またド
ーパントが量子効率ηｆ　（放射されたフォトン数／吸
収されたフォトン数）を有するならば、単位時間に螢光
物質から放射されたフォトンの数Ｎｅ　　は。

Ｎｅ　＝　Ｐ・θ・η／　　　　　　　　　（１）であ
る。放射されたフォトンは典型的な場合。

光検出器により集められ、その出力は応答時間Δｔを有
する電気回路により測定される。

すなわち、任意の時間における回路の出力は。

その前の時間変化Δｔ　中に集められたすべてのフォト
ンの合計である。一般に、検出器はこれらの時間間隔へ
ｔのそれぞれの間に、放射されたフォトンの一部ｆ（一
部分子にハ検出器により集められた螢光の一部が含まれ
。

干渉効果が含まれる）のみを集める。光検出器は一般に
トランスジューサ、たとえば光増倍（ＰＭ）管を含み、
それは検出された光をたとえば電子電流に変換する。も
しＰＭ管が量子効率ηＣ（放射された電子数／集められ
たフォトン数）を有するならば、測定された螢光信号Ｎ
（各時間間隔Δを中、螢光に応答して、ＰＭ管から放射
された電子の総数）は次のようになる。

Ｎ−Ｐ・θ・ηｆ−ｆ・ηＣ・△ｔ（２）ベア側（ビリ
ンゲス（ＢｉＢｌｌｌｉｎ　）　　ら編。

アメリカン・インステイチュート・オフ゛・フィジック
ス・ハンドブック（Ａｍｅｒｉにａｎ■ｎ５ｔｉｔｕｔ
ｅ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｃｓ　）ｌａｎｄｂｏｏｋ　）　
（マグロ−ヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　）ニューヨ
ーク。

１９７２）６−２頁）によると、吸収割合（第（２）式
中の）θは１次式で与えられる。

θ＝１−ｅ−εｃｒ（ｔ）　　　　　　　　　（３）こ
こで。

ε＝螢光物質のモル吸収率（たとえばリッタ１モル−国
の次元をもつ） Ｃ＝ニレジストの螢光物質の濃度 （モル／リッタの次元をもつ） Ｔ（ｔ）＝時刻ｔにおけるレジストの厚さくｃＩｎ）従
って。

Ｎ＝Ｐ−［１−ｅ　−Ｅ０Ｔ（４）］　−ｙｙｔ　−／
　・ηｃ−Δｔ　（４）もし、螢光物質の濃度Ｃが十分
小さく、そのためεｃｒＤ）は１．０に比べ小さければ
、（シばしばそうであるが１本発明を実施する場合は常
にそうではない）第（３）及び（４）式中の指数関数は
、はぼ次のように与えられる。

ｇｃＴｆｔ）；　１−　εｃＴ（ｔ） 従って。

θ２εｃＴ（ｔ） 及び Ｎ：Ｐ・［εＣ１イｔ）］　−７７／　−ｆ−ηｃ・△
ｔ（５）第（４）及び（５）式から明らかなように、検
出された螢光信号は、レジストの厚さＴの関数である。

すなわち、Ｔ（ｔ）がエツチング中減少するとともに、
螢光信号Ｎは減少する。従って。

レジストのエッチ深さは、容易にモニターされる。しか
し、光検出器は一般に螢光信号Ｎのみでなく（たとえば
螢光誘導エネルギーの光検出器への反射により）バック
グランド信号Ｎｂ　　も検出する。エッチ終了点近くで
、バックグランド信号Ｎｂ　は一般に螢光信号Ｎより大
きく、従ってエッチ終了点（螢光の停止）は検出される
信号が消えることによるだけでな（、検出される信号の
傾斜の鋭い変化（たとえば第４図に示されるように、傾
斜はゼロになる）によっても示される。傾斜の急な変化
は容易に検出され、従ってエッチ終了点は正確に決定さ
れる。

任意の光検出器の信号分解能を最終的に制限する一つの
要因は、ショット雑音（この点に関しては、たとえば先
に引用したアメリカン・インステイテユート・オフ・フ
ィジックス・ハンドブック（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｉｎ５
ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ−ｐｈｙｓｉｃｓ　ＨａｎｄｂＯｏ
ｋ　）　、　６−２５３頁を参照のこと）で、それは検
出された信号の平方根（各時間間隔へｔ中に数えられた
全電子数の平方根）に等しい。バックグランド信号Ｎｂ
は一般に検出された螢光信号Ｎより、エッチ終了点付近
では大きいため、前者に付随したショット雑音は、エッ
チ終了点付近で、後者に付随したレヨット雑音より大き
い。もしバツクグランドに付随したショット雑音（Ｎｂ
）が、他の全ての雑音源より勝っているならば。

本発明のエッチモニター技術におけるエッチ終了点を決
定する上での誤差は５等価ＳＣＭの厚さσＴで表され２
次式で与えられる。

第（６）式において、Ｔｕｔ）は時刻ｔにおけるＳＣＭ
の厚さを示し、Ｎ（ｔ）は時刻ｔにおける対応する検出
された螢光信号を表す。一般に、第（６）式はエツチン
グが始まる前の時刻ｔ　＝　ｏにおいて評価されるから
。

となる。第（力式から明らかなように、σＴは最初の信
号Ｎ（ｔ＝ｏ）に反比例する。

Ｎ（Ｌ＝０）は最初の吸収率θ及び螢光物質の量子効率
ηｆ　に直接比例するから、大きな初期信号レベルを得
、従って小さなσＴを得るためには、高い吸収率と高い
量子効率が望ましい。

エッチ終了点を決定するために、（具体的な８ＣＭに対
し）螢光物質を選択する際、考えるべき重要なことは、
小さな終了点誤差σＴを達成することである。しかし、
たとえばもしＳＣＭが基板をパターン形成するために用
いられるレジストならば、同様に考えるべき重要なこと
は１選択された螢光物質はレジスト及びそれを露出、現
像するために用いられろプロセスと１両立すべきことで
ある。

螢光物質はもし螢光誘導エネルキー従って得られる螢光
がレジストの溶解度に著しい影響を与えないならば、レ
ジストと両立する。たとえば、もし溶解度が螢光誘導エ
ネルギーにより増すならば、螢光誘導エネルギーを照射
した１ノシストの部分はレジストの残りの部分より、よ
り容易にエッチされ、従って本発明の技術を用いて測定
されたエッチ終了点は。

レジストの残りの部分のエッチ終了点を示すわけではな
い。更に、レジストを露出するために用いられるエネル
ギーは、螢光物質に著しい悪影響を与えてはならない。

たとえば。

螢光物質の分子結合を切ると、螢光物質の濃度が実効的
に下る（従って、σＴが増す）。

加えて、螢光物質が露出エネルギーに対するレジストの
感度を著しく下げず、レジストのエツチング特性に悪影
響を与えないならば。

螢光物質はレジストを露出及び現像するために用いられ
るプロセスと両立する。これらの両立性に対する条件は
、一般に螢光物質が低濃度、典型的な場合（重量にして
）約２−３パーセント以下の場合にのみ、ｔ４される。

上で述べた両立性の条件にあい（通常の螢光誘導エネル
ギー源と通常の光検出器を用いて）エッチ終了点を正確
に決定できる。（具体的なレジストに対する）螢光物質
を選択するプロセスを開発した。この例のプロセスは。

約１０ナノメータ、約１ナノメータよりも小さくかつ可
能性としては（理論的に）約０，０１ナノメータより小
さい誤差（等価なレジスト厚σＴで表される）内で、エ
ッチ終了点を容易に見出すことのできる（具体的なレジ
スト忙対する適当な螢光物質の選択に非常に有効である
ことがわかった。（０，０１ナノメータより小さい材料
の物理的な層は存在しないが。

たとえばそのような厚さは、材料の単分子量の平均の厚
さを表し、そのある程度の分子は除かれている。）この
プロセスは以下のとおりである。

本発明のプロセスの例における最初の工程は、無機物質
を含まない−ないし複数の螢光物質を選択することであ
る。無機材料を含む螢光物質は、除外されないが、無機
物質はレジストのエツチング（現像）中、しばしば容易
にエッチされない。

本発明の例における第２の工程は、螢光誘導エネルギー
、従って生ずる螢光がレジストのエツチング（現像）中
、（考えている）レジストの溶解度に著しい影響を与え
ない（無機物質を含まない）螢光物質を選択するととで
ある。たとえば、これは（通常の技術及びたとえば約１
ミリワツトの典型的な螢光誘導ヒームパワーを用いて）
１ノジストの試験用試ｔ１を完全に（その厚さを通して
）露出するのにどれほどのドース（ジュール／（７）２
）が、各螢光誘導エネルキー源から必要であるかを測定
することにより行える。レジストの厚さを貫くようにエ
ッチ（現像）するのに必要な時間を評価することにより
、エツチング中レジストが各螢光誘導エネルギーから受
けるドーズの評価がなされる。これらの評価に基き。

エツチング中厚さを貫いてレジストを露出するのに必要
なドーズに比べ小さな露出ドーズに、レジストを露出さ
せる螢光誘導エネルギーをもつ螢光物質のみが選ばれる
。好ましくは、露出ドーズはレジストの厚さ全体を露出
するのに必要なドースの約２パーセントより。

太きくすべきではない。それ以上のドーズも除外はされ
ないが約２パーセント以上の露出ドーズでは、エッチ終
了点を決定する誤差が大きくなり好ましくない。（螢光
エネルギーを照射したレジストの領域は、これらのエネ
ルギーを照射されなかった領域より可溶性になり、従っ
てこの領域は他の領域より速（エッチされる。従って、
エッチ終了点には誤差が生じる） 本発明のプロセス例の第３の工程は、（重量にして）少
（ともｏ、　ｏ　ｏ　ｉパーセントの濃度において、レ
ジストと物理的に均一に混合できない螢光物質を除去す
ることである。

好ましくは、螢光物質は少くとも（重量で）約１パーセ
ントの濃度において、レジストと均一に混合されるべき
である。約ｏ、　ｏ　ｏ　ｉパーセント以下の濃度は除
外されないが、好ましくない。なぜならば、一般にそれ
らは約１０ナノメータ以上の終了点誤差σＴを生じるか
らである。（約１ミリワツトのパワーの典型的な螢光誘
導ビーム及び典型的なバックグランドレベルにおいて、
対応する量子効率及び吸収率は、一般に第（７）式中の
約ｏ、　ｏ　ｏ　ｉパーセントより小さな濃度を補償し
、約１０ナノメータのσＴを生じるほど十分高（ない。

）典型的な場合、螢光物質を（一般に粉沫の形で）レジ
スト溶液（レジスト及び溶媒を含む）中に堆積させるこ
とにより、レジストと混合される。たとえば、レジスト
が基板上にスピンコードされた時、溶媒は蒸発し、螢光
物質はレジストと混合する。レジスト中に生じる結晶粒
（螢光物質の小さな析出物で、光学顕微鏡又は走査電子
顕微鏡で、容易に見える。）の直径が約１μｍ　より小
さく、少くとも１ｏ。

μｍ離れているならば１本発明の目的のためには螢光物
質はレジストと一様に物理的に混合される。約１μｍ　
より大きな結晶粒又は約１００μｍ　より小さな結晶粒
間の間隔では。

レジストの露出及び視像中８局部的な微細部分か失われ
る。

本発明のプロでス例における第４の工程は上で述べた螢
光物質の中から、明るい螢光すなわち（少くとも約０．
　ＯＯ１パーセントの濃度において、レジストと混合さ
れた時、）約０．０１パ一セント以上の量子効率を有す
る螢光を発するものを選択することである。（螢光物質
の量子効率ηアは、レジストと混合された時、しばしば
変更、たとえば減少し、変更の度合いはレジスト中の螢
光物質の濃度に依存することが多い）約５０パーセント
より小さな量子効率を有する螢光物質は除外されないが
、そのような物質は一般に約１０ナノメータより大きな
エッチ終ｒ点誤差を生じるため、好ましくない。

本発明のプロセスの例における第５の工程は（少くとも
ｏ、　ｏ　ｏ　ｉパーセントの濃度において、レジスト
と混合された時）パーセントで表した吸収率θが約０．
０１パーセントより太き（、シかし約５０パーセントよ
り小さいレジスト薄膜を生じる螢光物質を選択すること
である。吸収率は容易に測定でき、たとえば（少（とも
０．００１パーセントの濃度に）螢光物質をドープされ
たレジストの試験用試料を螢光誘導エネルギーに対する
透過度が既知の基板上に堆積させることによる。試験用
試料に螢光誘導エネルギーを照射し、透過した螢光誘導
エネルギーを測定することにより。

吸収率は容易に決められる。吸収率θが約０．０１パー
セントより小さいレジスト薄膜を生じる螢光材料は除外
されないか、それらは一般に約１０ナノメータ以上の終
了点誤差σＩｌｌを生じるため、好ましくない。約５０
パーセント以上の吸収率θを生じる螢光物質は除外され
ないか、それらは螢光誘導エネルギーとレジストの露出
に用いられるエネルギーを著しく吸収するため、好まし
くない。

従って、露出中露出エネルギーの多（かレジスト薄膜の
最上部付近の螢光物質により吸収され、レジスト薄膜の
底部は露出不足のまま残る。

プロセス例の第６の工程中（バックグランドレベルＮｂ
が測定された後）、所望の終了点誤差σＴを実現するた
めに必要な、上で選択された螢光物質の濃度Ｃを決定す
るために第（力式が用いられる。次に、考察している各
種の螢光物質が上で計算された濃度でレジストの試験用
試料に混合される。計算された濃度レベルでレジストと
（上で規定したように）均一に混合されない螢光物質及
び所望のレベルの０及びηｆ　（計算された濃度レベル
において）を示さない螢光物質は除かれる。

第６の工程で除外されなかった試験用試料は１次にレジ
ストを露出するために用いられるエネルギーに露出され
る。試験用試料中の螢光物質の分子結合が切断される程
度、従って実効的に螢光物質の濃度を下げる程度は。

各試験用試料を、（露出後）螢光誘導エネルギーに露出
し、得られた螢光を測定することにより決まる。もし螢
光材料の実効濃度が（螢光強度の減少により測定された
ように）減少しているならば、この減少は最初の濃度を
増すことにより、打ち泊される。その時。

第６の工程は高めた濃度でくり返される。

しばしば、レジストは各種の熱源、たとえばレジストの
プリベーク中発生した熱に露出される。この熱により、
しばしば蛍光物質の分子結合のある程度が切断され、螢
光物質の濃度は実効的に下げられ、従って螢光の強度は
下る。もし、（ドープされたレジストの試験用試料を熱
に露出することにより決められるように）この場合に当
るならば、この減少は上で述べたように、最初のドーパ
ント濃度を増すことにより、補償される。

螢光誘導エネルギーもしばしば螢光物質のある程度の分
子結合を切断し、実効ノ的に蛍光物質の濃度を下げる。

この減少もまた上で述べたように、最初の濃度を増すこ
とにより補償される。

最後に、上の工程で適合した試験用試料は。

露出され５次にエッチ（現像）される。エツチングプロ
セスにより、しばしば蛍光物質に対し不可逆的な損傷が
生じ、実効的に螢光物質の濃度が減少し、これは上で述
べたように補償される。

平坦化エッチプロセスの場合のように、もしＳＣＭを露
出すべきでないならば、露出に関する上のプロセスの特
徴は、除かれる。

くり返して述べると、上で述べたプロセスは具体的なＳ
ＣＭのエッチ終了点を精密に決定できる適当な螢光物質
を選択するために有用である。約１０ナノメータより小
さなエッチ終了点誤差は（両立しうる）螢光物質の（Ｓ
ＣＭ中の）濃度が（重量で）約ｏ、　ｏ　ｏ　ｉパーセ
ント以上ならば、容易に実現される。

加えて、（ＳＣＭ中の）螢光物質の量子効率は、約０．
０１パ一セント以上であるべきで。

蛍光物質は吸収率か約００１パーセントより太き（、シ
かし約５ｏパーセントより小さいＳＣＭ薄膜を生じるべ
きである。

５ＣＩＶＩのエッチ終了点を検知するために有用である
ことがわかった螢光物質の中に、４−ジシアノメチレン
−２−メチル−６−ｐ−ジエチルアミ゛ノスチリルー４
Ｈ〜ピラン（ＤＣＭ）がある。ＤＣＭは約５００ルｍに
中心のある広帯域の（螢光誘導）電磁波と約５９０ｎｍ
　に中心のある広帯域の螢光を吸収する。

ＤＣＭが両立するレジストの一つは、ニュートンのジー
ブレー社、マサチューセッツにより、ＡＺ２４００の商
品名で売られている市販のポジ形フォトレジストである
。ＡＺ２４００は典型的な場合、約３６５，４０４及び
４３６　ｎｍ　の波長の光により吸収され。

たとえば０２　　プラズマ中でエッチ（現像）される。

ＤＣＭはこれらの露出及びエツチングプロセスと両立す
る。

第１例 市販のポジ形フォトレジストＡ　Ｚ　２４００のプラズ
マエツチングを、ニュートンのジーブレー社、マサチュ
ーセッツから購入したＡＺ２４０００ｉｆ（フォトレジ
ストは溶媒中に溶かした）を、エキシトンダイトンの。

ケミカル社から購入した（粉抹状の）螢光物質Ｄ　ＣＭ
で飽和させた。ＡＺ２４００中のＤＣＭの濃度は１重量
で約１パーセントであった。溶液は０．２μｍ　フィル
タを通過し。

１０．１６−Ｃｍ（４インチ）シリコンウェハ上に、約
３００　Ｏｒｐｍでスピンコードされ。

約１２０℃における真空中で約１５分間ベークされた。

得られたフォトレジスト薄膜の厚さは、デクタＫ１分布
計で測定され、約１．６μｍであることがわかった。Ａ
Ｚ２４００中のＤＣＭの量子効率は、視察（螢光誘導光
がＡＺ２４００上に照射され、得られた螢光を視察した
）により、０．１ないし１．０の範囲にあった。

ＤＣＭドープフォトレジスト薄膜の吸収率θ（θ＝　１
−ｅｇｃ’ｒ　）は、そのような薄膜をガラス基板上に
形成し、フォトレジスト被覆ガラスを通して、４８０−
５２０ｎｍの波長範囲の螢光誘導光を照射することによ
り測定した。透過した光の強度を測ることにより。

吸収率θは０．５０±０．０１と決められ、従ってεＣ
Ｔは０．６９と計算された。ＤＣＭは（５００ｎｍ　　
において）４．４Ｘ１０’ノ゛ツタ１モルーσに等しい
モル吸収率εを有し、　ＪＳさＴは１．３０　ｎｍ　　
と測定された力）ら、　　ＡＺ２４００中のＤＣＭの濃
度Ｃは（重量にして）約２４パーセントであった。吸収
率θを１ＵＩＩ定した後、（１）ＣＭドープＡＺ２４０
０フォトレジストで被覆された）シリコンウェノ＼レマ
。

平行平板プラズマエツチング装置の接地さ、ｈた電極上
にマウントされた。

螢光を誘導し、シリコンウェノｚＪ−１にスピンオンさ
れたＤＣＭドープフォト１ルストのエツチングをモニタ
ーするために用し・ら」する光学系が第６図に示されて
いる。概略的に示されているように、光学系（２５）は
ｉｏｏｗＩＸ！ｊ　アークランプ（２８）を含み、その
出力は開口（４０）上にレンズ（６０）により焦点が合
わされ、そこで波長帯４８０−５２０ｎｍの光（螢光誘
導エネルギー）は、干渉フィルタ（５０）により分離さ
れ、チヨ・ｙノ（（６０）により変調された。変調され
た光（まレンズ（７０）により、溶融石英光ファイババ
ンドル（８０）上罠焦点が合わされ、ファイバは開口を
通ってプラズマエツチング装置中に延びる（光フアイバ
バンドル（８０）はプラズマによりエッチされない）。

ファイババンドル（８０）はエツチング中フォトレジス
ト被覆シリコンウェハの表面上の約２国２の領域を照射
するために用いられた。光フアイババンドル（８０）も
また、（エツチング中ＤＣＭから放出された）螢光を集
め、ある程度を二色性ビームスプリッタ（９０）に透過
させて戻し、そこで螢光はレンズ（ｉｏｏ）上に反射さ
せる働きをした。レンズ（１００）は開口（１２０）及
び赤ガラスフィルタ（１１０）を通し、ＲＯＭモデル（
４５２＜Ｓ）光成子増倍管（ＰＭＴ）（１３０）上に螢
光の焦点を合わせた。開口（１２０）は迷光を除く働き
をし、赤ガラスフィルタ（１１０）はＤＣＭ螢光を螢光
誘導光及び（エツチング中）プラズマにより放出された
白色光から分離する働きをした。

光学系（２５）はまたＰＭＴ信号の位相検出のため、ロ
ックインアンプ（１４０）を含んだ。アークランプパワ
ー中のふらつきに対して規格化するため、螢光信号は二
色性ビームスプリッタ（９０）から出た螢光誘導光の迷
光反射から導かれた基準信号により、第２の光フアイバ
バンドル（１５０）及びフォトダイオード（１６０）に
分割された。基準信号は基準ロックインアンブリファイ
ヤ（１７０）が発生した。

エツチングプロセスを通して、ファイババンドル（８０
）の端部は、垂直から約５０度の角度で、シリコンウェ
ハから約１５　ｍｍの所に保たれた。ファイバ端をウェ
ハに近づけすぎると、エツチングは妨害された。

第４図はＤＣＭ−ドープフォトレジストのエツチング中
検出された規格化された螢光信号の記録を示す。最初、
ファイバ（８０）（螢光誘導エネルギーを放出している
）の視野内に裸のシリコンウェハを置くことにより。

バックグランドレベルが記録された。ｔ＝４分において
、フォトｌフジスト被覆ウェハは内部に移動され、検出
される信号が大きく増加した。バックグランドレベルに
対するこの検出信号レベル（１，６μｍに等しい厚さの
レジスト薄膜に対応）の比から、バックグランドレベル
は約６０ナノメータの厚さを有するレジスト薄膜からの
信号に等しいことが計算された。

ｔ＝４分及びｔ＝９分の間で真空系が閉じられ、ポンプ
が？肖された。ｔ＝９分において約９６．６５Ｐａ（７
マイクロメ一タ則　）の圧力及び１４８ＣＣｍの流速で
、０２ガスがプラズマエツチングチェンバ中に加えられ
た。

これらのプロセス中、検出された信号は、ゆっくり上方
にドリフトした。過去の実験から信号は時間とともに常
に安定化することが知られていた。完全に安定化するの
を待たず。

ｔ＝１５分でプラズマエツチング装置のパワー環％　Ｋ
　ｓ　　１００　”）　ットノｒ／（１３，５６Ｍ１（
ｚ）パワーを印加することにより、プラズマ放電を開始
させた。電極はウェハをのせた接地された電極から、約
２０ｃｍ離した。記録された信号中の最初の鋭い低下（
第４図参照）は、フォトレジストの加熱のためであった
。先の実験から、フォトレジストは約５０°Ｃで３−４
分以内に安定化することが知られていた。その後、第４
図から明らかなように。

フォト１ノジスト薄膜がエッチされるとともに。

信号は降下した。

第４図にみられる周期的な変動は、光ファイバの方向に
放出された螢光と、シリコンウェハから反射された光の
間の干渉によるものであった。加えて、第４図中の変動
の中点を貫いて、滑らかな曲線を引（ならば、わずかに
凸の曲線が明らかになる。この凸の曲線は。

εＣＴ（ｔ＝ｏ）が小さくなく（εＣＴ（ｔ＝０）＝０
．６９）、従ってθがＴに直線的に比例せず、信号Ｎ（
平均又は中点）がＴに直線的に比例しないという事実に
よる。

第４図中のエッチ終了点は、ｔ＝３７分における傾きの
急な変化と′して、明らかにみられる。しかし、エッチ
終了点決定の誤差は。

基本的にハックグランド信号に付随したショット雑音に
よるものではない。むしろ、エッチ終了点決定の精度は
、検出系に用いられた電子系の６秒の応答時間により、
制限されている。フォトレジストの厚さく１．６μｒｎ
）は２１分でエッチされたから、平均エツチング速度は
約１ナノメータ／秒であった。従って。

６秒の応答時間の制限は１等価なレジスト厚で表された
エッチ終了点での誤差が（１ナノメ一タ／秒）（６秒）
＝３ナノメータであることを示す。

もし、バックグランド信号中のショット雑音が制限要因
ならば１等価なレジスト厚で表されたエッチ終了点決定
の誤差は、（理論的には）約０．０１ナノメータより小
さいであろう。このこ・とは、螢光誘導エネルギーを照
射されたレジストの領域（？Ｆ２）上に入射したエネル
ギーのパワーＰはＰ；１０　　ワット−１：乙、ｌＸ１
（］１５フォトン／秒（１勝　アークランプの全出力か
ら評価され、このパワーの一部はファイバーバンドルに
より伝達される）であることかられかる。加えて、ηｆ
及びｆ４を控、え目に評価する：１４．−　、：’η７
’：、ｌ：；　Ｄ、ン５・及びＡダ１０　、であ１金。

更に、（ＰＭ管に対する）製作者の仕様に基いた計算に
よるとηｃ　’；　ｏ、　ｉである。従って。

０＝０５及びへ１＝６秒は知られているか−ら。

第（４）式はＮ（ｔ＝０）（１４μＩ１１薄膜に対応す
る電子数）が約２．５Ｘ１０１０であることを示してい
る。上で示したように、ハックグランドレベルＮｂは約
６０ナノメータの厚さを有する薄膜からの螢光信号と等
価であり、従って。

Ｎｂ＝（６０ナノメータ／１．６μ＋７１）Ｘ２．３Ｘ
１０１０＝１．ｌＸ１０９そのため、第（力式から（理
論的に〕次のようになる。

＝０．０［］１９ナノメータ 第２例 ＤＣＭをドープしたＡＺ２４００７オトレジストの試料
を、第１例のように準備し。

（第１例のように）フォトレジストとほぼ同じ屈折率（
屈折率は約１，５であったＤを有するカラス基板上に、
スピン堆積させた。次に。

レジストはエッチされ、エツチングは第１例のようにモ
ニターされた。レジストのエツチング中記録された規格
化された螢光信号が第５（３９図に示されている。第４
図中でみられた干渉による変動は、第一５　（ａ）メモ
は本質的に減少している。その埋龜は、フォトレジスト
薄膜と基板間の光学特性（屈折率）の不整が。

本質的に除かれていることである。

第６例 ＤＣＭをドープしたＡＺ２４’００フォトレジストの試
料を、第２例のように準備し、カラス基板上にスピン堆
積させたが、ＤＣＭ！１度を４分の１に減少（従って、
θは４分の１に減少）していることが異った。この薄膜
は次にエッチされ、第２例のようにエツチングはモニタ
ーされた。そのような薄膜に対しては、第（５）式が適
用され、螢光強度は薄膜の厚さに比例することが予測さ
れる。第５（ｂ〕図はエツチング中倹知された螢光信号
の記録で。

この場合に当ることを示している。

第４例 １）　ＣＭをドープしたＡＺ２４０１］フオトレジスト
の薄膜を、第６例のように準備し、ガラス基板上にスピ
ン堆積させた。次に、薄膜は第３例の場合のようにエッ
チされ、エツチングはモニターされたが、印加ｒｆ　パ
ワーが２分の１に下げられたことが異る。第５（０１図
はエツチング中検出された螢光信号の記録で。

示された曲線の傾きの変化は、エッチ速度の減少を反映
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は平坦化エッチプロセスの準備として厚いＳＣＭ
により、非平坦な表面が被覆された基板の断面図。 第２図は三億レジストの構造を示す図。 第６図は本発明を実施するのに有用な光学系の概略模式
図。 第４及び５　（ａ）　−５（ｃ）図は第１−４例に述べ
られたフォトレジスト薄膜のエツチング中検出される螢
光強度信号の強度を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 基板−一−１６第１ノトー−１８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　最終的には除去される被覆材料を、基板上に堆積
   させる工程及び該被覆材料の少（とも一部分をエツチン
   グする工程から成るデバイス製作方法に８いて。 該最終的には除去される被覆材料中に螢光物質を含むこ
   と、少くとも該一部分の中の一部を、該一部の中の螢光
   物質に螢光を発生させる聾のエネルギーに照射し、生じ
   る螢光を検知することによって、該最終的には除去され
   る被覆材料のエツチングをモニターすることを特徴とす
   るデバイス製作方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された方法において。 該最終的には除去される被覆材料は、該基板上に堆積さ
   れた材料の第１層と、該第１層上に堆積された材料の第
   ２の層を含むことを特徴とするデバイス製作方法。 ６、特許請求の範囲第２項に記載された方法において。 核最終的には除去される被覆材料は、更に該第２層上に
   堆積された材料の第３の層を含むことを特徴とするデバ
   イス製作方法。 ４　特許請求の範囲第２又は３項に記載された方法にお
   いて。 材料の該第１層は、該螢光物質を含むことを特徴とする
   デバイス製作方法。 ５、特許請求の範囲第１項に記載された方法において。 検知される螢光が本質的に消えた時、該エツチングを中
   断することを特徴とするデバイス製作方法。 ６、特許請求の範囲第４項に記載された方法において。 検知される螢光が、最初に本質的に消滅するのが観測さ
   れた時、該エツチングを中断することを特徴とするデバ
   イス製作方法。 ２、特許請求の範囲第５項に記載された方法において。 検知された該螢光の消滅時刻は、該最終的には除去され
   る被覆材料の真のエッチ終了点から約１０間又は約１ｎ
   ｍより小さい大きさの該最終的に除去される被覆材料の
   等価な厚さだけ異なることを特徴とするデバイス製作方
   法。 ８、　特許請求の範囲第１項に記載された方法において
   。 該最終的には除去される被覆材料の該螢光物質の濃度は
   、約０．００１パーセントより大きいことを特徴とする
   デバイス製作方法。 ９　特許請求の範囲第１項に記載された方法において。 該最終的には除去される被覆材料中の該螢光物質の量子
   効率は、約ｏ、ｏｉパーセントより大きいことを特徴と
   するデバイス製作方法。 １０、特許請求の範囲第１項に記載された方法において
   。 該最終的には除去される被覆材料は、入射螢光誘導エネ
   ルギーの約０．０１パ一セント以上、約５０パーセント
   以下を吸収することを特徴とするデバイス製作方法。 １１、　　特許請求の範囲第１項に記載された方法にお
   いて。 該螢光物質は、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６
   −ｐ−ジエチルアミノスチリル−４Ｈ−ピレンを含むこ
   とを特徴とするデバイス製作方法。 １２、　　前記各項のいずれかに記載されたプロセスに
   より形成された製品。